GATSBI: An Online GTSP-Based Algorithm for Targeted Surface Bridge Inspection and Defect Detection

要約

私たちは、無人航空機 (UAV) を使用したインフラストラクチャの欠陥の目視検査の問題を研究します。
インフラストラクチャの幾何学的モデルが事前にわかっているとは想定していません。
GATSBI と呼ばれる私たちのプランナーは、インフラストラクチャーの表面上のすべてのポイントを検査するために、地平線の後退方式でパスを計画します。
GATSBI への入力は、3D 点群を使用してオンラインで作成された 3D 占有マップで構成されます。
このマップ内のインフラストラクチャに対応する占有ボクセルは意味的にセグメント化され、インフラストラクチャのみの占有マップの作成に使用されます。
インフラボクセルを検査するには、UAV が希望の視野角と距離から画像を撮影する必要があります。
次に、一般化巡回販売員問題 (GTSP) インスタンスを作成してインフラストラクチャ ボクセルを検査するための候補視点をクラスター化し、既製の GTSP ソルバーを使用して特定のインスタンスの最適なパスを見つけます。
アルゴリズムは時間の経過とともに環境のより多くの部分を監視するため、障害物を回避しながらインフラストラクチャの未検査部分を検査するためのパスを再計画します。
AirSim で実行される高忠実度のシミュレーションと実際の実験を通じて、アルゴリズムのパフォーマンスを評価します。
GATSBI のパフォーマンスを、マップが事前にわかっているベースライン検査アルゴリズムと比較します。
私たちの評価では、セグメント化されたインフラストラクチャ ボクセルのみを検査のターゲットにし、GTSP ソルバーを使用して慎重に計画することで、ベースライン検査アルゴリズムよりも効率的かつ徹底的な検査が可能になることが明らかになりました。

要約(オリジナル)

We study the problem of visual surface inspection of infrastructure for defects using an Unmanned Aerial Vehicle (UAV). We do not assume that the geometric model of the infrastructure is known beforehand. Our planner, termed GATSBI, plans a path in a receding horizon fashion to inspect all points on the surface of the infrastructure. The input to GATSBI consists of a 3D occupancy map created online with 3D pointclouds. Occupied voxels corresponding to the infrastructure in this map are semantically segmented and used to create an infrastructure-only occupancy map. Inspecting an infrastructure voxel requires the UAV to take images from a desired viewing angle and distance. We then create a Generalized Traveling Salesperson Problem (GTSP) instance to cluster candidate viewpoints for inspecting the infrastructure voxels and use an off-the-shelf GTSP solver to find the optimal path for the given instance. As the algorithm sees more parts of the environment over time, it replans the path to inspect uninspected parts of the infrastructure while avoiding obstacles. We evaluate the performance of our algorithm through high-fidelity simulations conducted in AirSim and real-world experiments. We compare the performance of GATSBI with a baseline inspection algorithm where the map is known a priori. Our evaluation reveals that targeting the inspection to only the segmented infrastructure voxels and planning carefully using a GTSP solver leads to a more efficient and thorough inspection than the baseline inspection algorithm.

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